CN101386461A - 一种实现焦化废水回用的处理系统及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现焦化废水回用的处理系统及处理方法。其中，系统包括：混凝沉淀池、光催化O₃氧化装置和过滤装置；其中，所述混凝沉淀池上设有引入生化出水的进水口、沉淀物排出口，混凝沉淀池的出水口与所述光催化O₃氧化装置的进水口连接，所述光催化O₃氧化装置的出水口与过滤装置的进水口连接，所述过滤装置上设有连接回用管路的出水口。通过将混凝沉淀池、光催化O₃氧化装置和过滤装置有机结合，完成对焦化废水进行混凝、光催化O₃氧化及过滤等三段式处理，可将焦化废水中难生物降解的有毒、复杂高分子有机化合物分解为小分子化合物或直接矿化，使其COD满足生产回用水标准，并可进一步降低氨氮浓度，同时具有脱色、除臭、杀菌的功能。

Description

一种实现焦化废水回用的处理系统及处理方法

技术领域

本发明涉及一种废水处理领域，尤其涉及一种焦化废水回用的组合处理系统及处理方法。

背景技术

焦化废水是在煤制焦炭、煤气净化及焦化产品回收过程中产生的含大量芳香族化合物和杂环化合物的典型废水，具有废水排放量大、有机物及氨氮浓度高、有机物成分复杂等特点，属难生物降解的有机废水。

随着焦化产业结构的升级以及市场竞争秩序的规范，国家发改委于2005年实施的《焦化行业准入条件》中明确指出焦化废水经处理后要做到内部循环使用，酚氰废水处理后厂内回用。并在2006年公布的《焦化行业污染现状及对策建议》中指出炼焦生产过程中排放了大量的苯并[a]芘(BaP)、氰化物等有毒有害物质，其中苯并[a]芘是强致癌物质，对人身健康危害严重，应加强治理。因此提高废水循环率，减少污水外排，降低新水耗量已成为目前钢铁工业企业广泛采用的清洁生产工艺之一，而污水回用是实现污水零排放和资源再利用的最佳选择。

采用深度处理，一方面可以降低COD及其它水质指标，使出水达到回用水的标准；另一方面可对水体中残留的难生物降解有机物如苯并[a]芘等加以转化或去除，以减少其对环境及人类健康的危害。因此，寻求一套高效、低成本的深度处理工艺具有重要意义。

目前国内外对焦化废水深度处理的研究多集中于物化方法，主要包括吸附法、混凝沉淀法、高级氧化法、膜分离技术等。这些技术虽各具优势，同时在应用上又有各自的缺陷，因此为了充分发挥其效能，常将其中的两种或多种技术联合应用。

目前国内对焦化废水的深度处理技术主要集中于吸附法和膜分离技术，并取得了一定的效果。吸附法虽然操作简单，管理方便，运行成本相对较低，但处理设施占地面积大，污染物只是从水中转移到污泥中，没有得到无害化降解，并产生大量污泥，而且吸附剂的再生问题一直难以有效解决。膜分离技术主要依靠物理拦截作用将污染物去除，工艺控制自动化程度高，处理效果好，但现阶段膜的成本仍然较高，膜污染问题尤其当其应用于工业废水处理时日益突出，而且膜处理过程中产生的浓缩液的最终归宿仍是一个长期困扰着人们的问题。上述因素在很大程度上限制了吸附法及膜分离技术在焦化废水深度处理中的应用，而寻求一种处理效果良好、无二次污染且可使焦化废水中有机物得到有效分解的处理系统及处理工艺是焦化废水深度处理需要解决的问题。

发明内容

基于上述现有技术存在的缺点，本发明实施方式提供一种实现焦化废水回用的处理系统及处理方法，通过应用于焦化废水深度处理的组合工艺，在保证经济、适用的前提下，使处理后水的COD及其它指标达到工业回用水标准。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种实现焦化废水回用的处理系统，该系统包括：

混凝沉淀池、光催化O₃氧化装置和过滤装置；其中，所述混凝沉淀池上设有引入生化出水的进水口、沉淀物排出口，混凝沉淀池的出水口与所述光催化O₃氧化装置的进水口连接，所述光催化O₃氧化装置的出水口与过滤装置的进水口连接，所述过滤装置上设有连接回用管路的出水口。

2、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：尾气收集处理装置，所述尾气收集处理装置与光催化O₃氧化装置上设置的排气口连接。

所述过滤装置为活性炭过滤罐。

所述光催化O₃氧化装置包括：光催化O₃反应器和O₃发生装置；所述O₃发生装置的供应口与光催化O₃反应器的O₃输入口连接。

所述光催化O₃反应器包括：反应器本体、微孔纯钛曝气装置和单端浸没式低压紫外灯；所述反应器本体为容器结构，其上设有进水口、出水口和排气口，所述反应器本体底部设置所述微孔纯钛曝气装置，所述微孔纯钛曝气装置的进气口与反应器本体的O₃输入口连接，所述单端浸没式低压紫外灯设置在所述反应器本体内的上端。

所述混凝沉淀池上还设有混凝剂投入口，所述混凝剂投入口单独设置混凝沉淀池上，或所述混凝剂投入口设置在混凝沉淀池的进水口上。

本发明实施方式还提供一种实现焦化废水回用的处理方法，该方法包括：

混凝沉淀处理：向所处理水体中投加混凝剂，搅拌混合反应后静置沉淀，使水体中上清液与沉淀物分离，沉淀物直接排放，上清液进入后续步骤进行光催化O₃氧化处理；

光催化O₃氧化处理：使所述上清液与经曝气扩散成微小气泡的O₃气体充分接触，并在紫外光的催化作用下完成O₃氧化处理反应，去除水体中污染物；

过滤处理：对光催化O₃氧化处理后的出水进行过滤处理后作为回用水使用。

所述混凝沉淀处理具体包括：

所处理的水体为生化处理后的生化出水，向所处理水体中投加由聚合氯化铝(PAC)和助凝剂聚丙烯酰胺(PAM)组成的混凝剂，混凝剂加入量为所处理水体重量的0.005～0.02％，加入混凝剂后将水体搅拌混合反应15～25分钟，之后静置25～35分钟，分离的上清液进入光催化O₃氧化处理步骤，沉淀物直接排出。

所述光催化O₃氧化处理具体包括：

使所述上清液在反应器中与经微孔曝气扩散成直径为0.1～1mm的微小气泡的O₃气体充分接触，在紫外灯光的催化作用下，使O₃气体对水体进行催化氧化反应，降解水体中有机污染物。

所述过滤处理是通过活性炭过滤罐对光催化O₃氧化处理后的出水进行吸附过滤。

由上述本发明实施方式提供的技术方案可以看出，本发明实施方式通过将混凝沉淀池、光催化O₃氧化装置和过滤装置有机结合，完成对焦化废水进行混凝、光催化O₃氧化及过滤等三段式处理，可将焦化废水中难生物降解的有毒、复杂高分子有机化合物分解为小分子化合物或直接矿化，使其COD满足生产回用水标准，并可进一步降低氨氮浓度，同时具有脱色、除臭、杀菌的功能。该系统设备简单，操作和维护方便，处理效果好，无二次污染，并可节省大量基建费用；同时可减少企业的污水外排，降低新水耗量，具有良好的环境效益和社会、经济效益。

附图说明

图1为本发明实施例的处理系统各部分连接示意图；

图2为本发明实施例的O₃光催化反应器的结构示意图；

图3为本发明实施例的处理方法工艺流程图。

具体实施方式

本发明实施方式提供一种实现焦化废水回用的处理系统及处理方法，该系统具体包括：混凝沉淀池、光催化O₃氧化装置和过滤装置；在所述混凝沉淀池上设有引入生化出水的进水口和沉淀物排出口，混凝沉淀池的出水口与所述光催化O₃氧化装置的进水口连接，所述光催化O₃氧化装置的出水口与过滤装置的进水口连接，所述过滤装置上设有连接回用管路的出水口。利用该处理系统可以实现对焦化废水进行混凝、光催化O₃氧化及过滤等三段式处理，可将焦化废水中难生物降解的有毒、复杂高分子有机化合物分解为小分子化合物或直接矿化，使其COD满足生产回用水标准，并可进一步降低氨氮浓度，同时具有脱色、除臭、杀菌的功能。

为便于理解，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例一

本实施例提供一种实现焦化废水回用的处理系统，用于以一种低成本的方式对焦化废水进行处理，使处理后的出水可以达到回用标准，该系统如图1所示，具体包括：

混凝沉淀池1、光催化O₃氧化装置和过滤装置4；其中，所述混凝沉淀池1上设有引入生化出水的进水口A和沉淀物排出口D，混凝沉淀池1的出水口与所述光催化O₃氧化装置的光催化O₃反应器2上部设置的进水口连接，所述光催化O₃氧化装置的光催化O₃反应器2的出水口与过滤装置的进水口连接，所述过滤装置上设有连接回用管路的出水口B，实际中，过滤装置4可以采用吸附性较好的活性炭过滤罐。

在上述系统基础上还可以设置尾气收集处理装置3，在光催化O₃氧化装置的光催化O₃反应器2上设置排出尾气的排气口24，将所述尾气收集处理装置3与光催化O₃氧化装置的光催化O₃反应器2上设置的排气口24连接，用于收集处理光催化O₃氧化装置的光催化O₃反应器2排出的尾气。

上述系统中，所述的光催化O₃氧化装置是核心装置，具体包括：光催化O₃反应器2和O₃发生装置5；所述O₃发生装置5的供应口与光催化O₃反应器2的O₃输入口连接；所述的光催化O₃反应器2的结构如图2所示，主要由反应器本体21、微孔纯钛曝气装置23和单端浸没式低压紫外灯构成；其中，所述反应器本体21为容器结构，其上设有进水口213、出水口27和排气口24，进水口213和排气口24均设置在反应器本体21的上端，应用中，混凝沉淀池1的出水口通过管路28、进水泵29、进水阀210和液体流量计211连接到反应器本体21的进水口213上，反应器本体21的出水口27设置在反应器本体21的底部，用于通过管路与过滤装置(如：活性炭过滤罐等过滤装置)连接，所述的微孔纯钛曝气装置23设在反应器本体21内的底部，微孔纯钛曝气装置23的进气口与反应器本体21上的O₃输入口连接，实际使用中，O₃输入口通过气体流量计26、进气阀25与O₃发生装置5连接，所述单端浸没式低压紫外灯设置在所述反应器本体21内的上端，可以采用插入的方式设置在反应器本体21内的上端，当反应器本体21内充满所处理水体时，使单端浸没式低压紫外灯浸没在所处理的水体中，产生紫外光来催化反应器本体21内所处理水体与微孔纯钛曝气装置23曝出扩散后O₃气体进行的反应，该单端浸没式低压紫外灯由紫外灯22和紫外灯外面的石英套管212构成。反应过程中产生的尾气通过排气口24经管路排出反应器本体，一般由与该排气口24连接的尾气收集处理装置3收集处理。

上述系统中，混凝沉淀池1上还可以设置混凝剂投入口C，该混凝剂投入口C可以单独设置在混凝沉淀池1上，也可以与混凝沉淀池1引入所处理的生化出水的进水口A合用。

该系统将混凝沉淀池、光催化O₃氧化装置和过滤装置三部分有机结合，可实现对焦化废水的混凝、光催化O₃氧化及过滤三段式处理，且其设备简单、操作方便，运行成本低，混凝沉淀、过滤与光催化O₃氧化相配合，达到很好的处理效果，使出水可完全达到回用标准。

另外，单端浸没式紫外灯的使用简化了光催化O₃氧化装置中的催化氧化反应设备，更有利于该处理系统的实际使用与推广。

实施例二

本实施例提供一种实现焦化废水回用的处理方法，通过混凝、光催化O₃氧化及过滤三段工艺组合，对焦化废水进行深度处理，具体如图3所示，包括下述步骤：

混凝沉淀处理：向所处理水体中投加混凝剂，搅拌混合反应后静置沉淀，使水体中上清液与沉淀物分离，沉淀物直接排放，上清液进入后续步骤进行光催化O₃氧化处理；

光催化O₃氧化处理：使所述上清液与曝气扩散成微小气泡的O₃气体充分接触，并在紫外光的催化作用下反应完成光催化O₃氧化处理，去除水体中污染物；

过滤处理：对光催化O₃氧化处理后的出水进行过滤处理后作为回用水排出。

实际中，可以采用上述实施例一中所述的处理系统，完成本实施例中的各步骤处理方法，实现对焦化废水处理后回用，具体如下：

混凝处理中，向混凝沉淀池1的所处理水体中投加适量的混凝剂，所用混凝剂由聚合氯化铝(PAC)和助凝剂聚丙烯酰胺(PAM)组成，混凝剂的投加量为所处理水体重量的0.005～0.02％，实际中混凝剂的投加量也可以通过反复实验加以确定，以保证在最小投药量的前提下达到最佳效果；对投加混凝剂的水体进行搅拌混合反应20分钟，然后静置30分钟沉淀，静置后的上清液进入下一步处理工艺，通过底部沉淀物排出口D排出的沉淀物同污泥一起进行处理；该处理步骤中通过混凝工艺，一方面可以有效降低焦化废水的COD，减轻后续处理工艺的负荷；另一方面可以去除生化出水中所含的大部分悬浮物，有利于充分发挥下一工序中光催化O₃氧化反应的效能；

光催化O₃氧化处理是本发明实施例的处理方法中核心部分，实际用于光催化O₃氧化处理所采用的光催化O₃氧化装置，具体是由O₃发生装置5和光催化O₃反应器2构成，光催化O₃反应器2具体由微孔纯钛曝气装置23、单端浸没式低压紫外灯及反应器本体21构成，其中，O₃发生装置5产生的O₃通入反应器本体21内的微孔纯钛曝气装置23，经微孔纯钛曝气装置23扩散成直径约0.1～1mm的微小气泡，在上升过程中与反应器本体21上部的进水口进入的混凝沉淀池1的混凝沉淀出水充分接触，并在单端浸没式低压紫外灯的紫外灯22发出紫外光的催化作用下发生一系列化学反应，达到去除水中污染物的目的；在这步处理中：O₃作为一种强氧化剂，它既可与水中有机物发生直接反应，也可在水中离解出大量的活性自由基(其中·OH是在水中已知氧化剂中最活泼的)，通过基型反应氧化降解水中大部分有机污染物；但单独O₃氧化时，·OH利用率较低，导致氧化产物常为小分子羧酸、酮和醛类物质等，不能彻底降解为CO₂、H₂O和无机物；而在紫外灯的紫外光的催化作用下，O₃分解产生大量·OH，其与水中溶解性有机物的反应以自由基型反应为主，可使一些小分子有机物继续发生反应直至矿化；实际中，也可以采用其它催化剂进行催化，如：超声波、H₂O₂及一些金属氧化物等，只要达到提高O₃的自由基产生效率和处理能力即可。

上述两道工序处理后，为后续的活性炭吸附过滤处理提供了有利条件，一方面由于混凝处理去除了焦化废水中绝大部分的胶体和悬浮物，增加了活性炭的饱和吸附容量，延长其使用周期；另一方面光催化O₃氧化处理将复杂、有毒的大分子有机物分解成简单、无毒或低毒的小分子化合物，更易于被活性炭吸附，且有利于实现其再生。

综上所述，本发明实施例中利用混凝沉淀、光催化O₃氧化和活性炭吸附过滤的组合工艺对焦化废水进行深度处理，可将焦化废水中难生物降解的有毒、复杂高分子有机化合物分解为小分子化合物或直接矿化，使其COD满足生产回用水标准，并可进一步降低氨氮浓度，同时具有脱色、除臭、杀菌的功能。该处理方法处理效果好，无二次污染，系统所用设备简单，操作和维护方便，并可节省大量基建费用；同时可减少企业的污水外排，降低新水耗量，具有良好的环境效益和社会、经济效益。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1、一种实现焦化废水回用的处理系统，其特征在于，该系统包括：

混凝沉淀池、光催化O₃氧化装置和过滤装置；其中，所述混凝沉淀池上设有引入生化出水的进水口、沉淀物排出口，混凝沉淀池的出水口与所述光催化O₃氧化装置的进水口连接，所述光催化O₃氧化装置的出水口与过滤装置的进水口连接，所述过滤装置上设有连接回用管路的出水口。

2、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：尾气收集处理装置，所述尾气收集处理装置与光催化O₃氧化装置上设置的排气口连接。

3、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述过滤装置为活性炭过滤罐。

4、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光催化O₃氧化装置包括：光催化O₃反应器和O₃发生装置；所述O₃发生装置的供应口与光催化O₃反应器的O₃输入口连接。

5、根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述光催化O₃反应器包括：反应器本体、微孔纯钛曝气装置和单端浸没式低压紫外灯；所述反应器本体为容器结构，其上设有进水口、出水口和排气口，所述反应器本体底部设置所述微孔纯钛曝气装置，所述微孔纯钛曝气装置的进气口与反应器本体的O₃输入口连接，所述单端浸没式低压紫外灯设置在所述反应器本体内的上端。

6、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混凝沉淀池上还设有混凝剂投入口，所述混凝剂投入口单独设置混凝沉淀池上，或所述混凝剂投入口设置在混凝沉淀池的进水口上。

7、一种实现焦化废水回用的处理方法，其特征在于，该方法包括：

混凝沉淀处理：向所处理水体中投加混凝剂，搅拌混合反应后静置沉淀，使水体中上清液与沉淀物分离，沉淀物直接排放，上清液进入后续步骤进行光催化O₃氧化处理；

光催化O₃氧化处理：使所述上清液与经曝气扩散成微小气泡的O₃气体充分接触，并在紫外光的催化作用下完成O₃氧化处理反应，去除水体中污染物；

过滤处理：对光催化O₃氧化处理后的出水进行过滤处理后作为回用水使用。

8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混凝沉淀处理具体包括：

所处理的水体为生化处理后的生化出水，向所处理水体中投加由聚合氯化铝(PAC)和助凝剂聚丙烯酰胺(PAM)组成的混凝剂，混凝剂加入量为所处理水体重量的0.005～0.02％，加入混凝剂后将水体搅拌混合反应15～25分钟，之后静置25～35分钟，分离的上清液进入光催化O₃氧化处理步骤，沉淀物直接排出。

9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光催化O₃氧化处理具体包括：

使所述上清液在反应器中与经微孔曝气扩散成直径为0.1～1mm的微小气泡的O₃气体充分接触，在紫外灯光的催化作用下，使O₃气体对水体进行催化氧化反应，降解水体中有机污染物。

10、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过滤处理是通过活性炭过滤罐对光催化O₃氧化处理后的出水进行吸附过滤。

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